Verste sterrenstelsel ooit gemeten

Verste sterrenstelsel ooit gemetenClick here for a high res image. Klik hier voor een hoge resolutie foto.

Een Europees team van astronomen heeft met behulp van ESO's Very Large Telescope (VLT) de afstand tot het verst bekende sterrenstelsel gemeten. Uit analyse van de zeer zwakke lichtgloed van het stelsel blijkt dat we dit object zien op een moment dat het heelal nog maar ongeveer 600 miljoen jaar oud was. Daarmee zijn dit de eerste bevestigde waarnemingen van een sterrenstelsel waarvan het licht de ondoorzichtige waterstofmist die het heelal destijds vulde oplost. De resultaten verschijnen op 21 oktober in het tijdschrift Nature.

‘Met behulp van ESO's Very Large Telescope hebben we bevestigd dat een sterrenstelsel dat eerder met de Hubble-ruimtetelescoop is opgespoord het verste object is dat we tot nog toe in het heelal hebben waargenomen', zegt Matt Lehnert (Observatoire de Paris) die hoofdauteur is van het artikel waarin de resultaten zijn opgenomen. ‘De kracht van de VLT en zijn SINFONI-spectrograaf stelt ons in staat om daadwerkelijk de afstand tot dit zeer zwakke sterrenstelsel te meten, en daaruit blijkt dat we het stelsel zien zoals het was toen het heelal minder dan 600 miljoen jaar oud was.'

De NOVA Optisch/ Infrarood groep van ASTRON heeft bijgedragen aan de SINFONI-spectrograaf. De groep heeft de 2k-camera voor Spiffi (SPectrometer for Infrared Faint Field Imaging) gebouwd. Deze camera is van hele goede kwaliteit waardoor het uiterste uit de rest van het instrument geperst kan worden. Het optisch ontwerp is tot stand gekomen samen met Bernard Delabre van de ESO en het cryomechanische ontwerp is van de NOVA Optisch/ Infrarood groep van ASTRON. Het bevat speciale lensmonteringen die de lenzen heel nauwkeurig op hun plaats houden terwijl de lenzen niet te stijf ingeklemd mogen worden. Aangezien SINFONI als instrument meebeweegt met de telescoop, moet de lensmontering de lenzen heel strak op hun plaats houden, onafhankelijk van de stand van de
telescoop. Dat is met dit ontwerp zeer goed gelukt, wat bijdraagt aan de kwaliteit van het gehele SINFONI instrument.

Het onderzoek van zulke vroege sterrenstelsels is uiterst moeilijk. Tegen de tijd dat hun aanvankelijk heldere licht de aarde bereikt, lijken zij zeer zwak en klein. Bovendien valt dit licht grotendeels in het infrarode deel van het spectrum, omdat de golflengte ervan is uitgerekt door de uitdijing van het heelal - een effect dat roodverschuiving wordt genoemd. Nog erger is dat in die vroege periode, minder dan een miljard jaar na de oerknal, het heelal nog niet volledig doorzichtig was: het was voor een belangrijk deel gevuld met een mist van waterstofgas die de intense ultraviolette straling van jonge sterrenstelsels absorbeerde. De periode waarin deze mist nog door deze uv-straling moest worden opgelost, staat bekend als het tijdperk van de reïonisatie.

Ondanks deze belemmeringen ontdekte de nieuwe Wide Field Camera 3 van de Hubble-ruimtetelescoop van NASA en ESA in 2009 enkele veelbelovende objecten waarvan het vermoeden bestond dat het sterrenstelsels in het reïonisatietijdperk betrof. Het vaststellen van de afstanden van zulke zwakke, verre objecten vormt een enorme uitdaging en is alleen mogelijk door - met behulp van spectroscopie met zeer grote telescopen op aarde - de roodverschuiving van het licht van de stelsels te meten.

Volgens Matt Lehnert was het kantje boord: ‘Na de bekendmaking van de Hubble-kandidaten deden we een snelle berekening, waaruit bleek dat de combinatie van het enorme lichtverzamelend vermogen van de VLT, de gevoeligheid van de infraroodspectrometer SINFONI en een zeer lange belichtingstijd wellicht net voldoende zou zijn om de extreem zwakke gloed van een van deze verre sterrenstelsels te detecteren en zijn afstand te meten.'

Op speciaal verzoek van de algemeen directeur van ESO kreeg het team waarneemtijd op de VLT om het kandidaatstelsel UDFy-38135539 [5] zestien uur lang te observeren. Na twee maanden van zeer nauwkeurige analyse en verificatie van de resultaten, kon ondubbelzinnig worden geconcludeerd dat een zwakke gloed van waterstof bij een roodverschuiving van 8,6 was gedetecteerd. Daarmee is dit sterrenstelsel het verste object ooit waarvan de afstand door middel van spectroscopie is vastgesteld. Een roodverschuiving van 8,6 plaatst het sterrenstelsel zoals we dit waarnemen slechts 600 miljoen jaar na de oerknal.

 

Medeauteur Nicole Nesvadba (Institut d'Astrophysique Spatiale) voegt daaraan toe: ‘Het meten van de roodverschuiving van het verste sterrenstelsel tot nu toe is heel opwindend, maar de astrofysische implicaties van deze detectie zijn nog belangrijker. Het is voor het eerst dat we er zeker van zijn dat we naar een van de stelsels kijken die de mist opruimden die het zeer vroege heelal vulde.'

Een van de verrassende aspecten van deze ontdekking is dat de gloed van UDFy-38135539 eigenlijk niet sterk genoeg lijkt om de waterstofmist in zijn omgeving op te lossen. ‘Er moeten in de buurt van UDFy-38135539 andere - waarschijnlijk zwakkere en lichtere - sterrenstelsels zijn die geholpen hebben om de ruimte rond het sterrenstelsel transparant te maken. Anders zou het licht van het stelsel, hoe helder ook, zijn verzand in de omringende waterstofmist en zouden we het niet hebben kunnen detecteren', legt medeauteur Mark Swinbank (University of Durham) uit.

Medeauteur Jean-Gabriel Cuby (Laboratoire d'Astrophysique de Marseille) merkt op: ‘Het onderzoek van het reïonisatietijdperk en het ontstaan van sterrenstelsels vergt het uiterste van de huidige telescopen en instrumenten. Maar dit is precies het soort wetenschap dat straks routinematig met de European Extreme Large Telescope - die de grootste optische en nabij-infrarode telescoop ter wereld zal zijn - kan worden gedaan.

Het originele persbericht is te vinden op de website van de ESO.

 

Design: Kuenst.    Development: Dripl.    © 2014 ASTRON